新型贵金属杂化材料的设计及质谱检测应用

发布时间：2020-04-10 06:14

【摘要】：基质辅助激光解吸电离质谱(Matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometry,MALDI MS)作为一种软电离分析技术,对蛋白质、核酸、代谢小分子等生物分子的检测在临床上具有重要意义。在MALDI MS中,基质的选择决定分析谱图的质量,而传统有机基质因为在低分子量范围会产生离子碎片干扰信号,以及较差的样品点间的重复性,使MALDI MS的使用受限。近年来,许多无机纳米材料被应用作为MALDI基质,显示出相对于有机基质的优势。然而,在涉及真实生物样本的检测中,例如对具有复杂属性的生物体液的代谢物检测,或者具有复杂成分的聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)产物中单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms,SNP)位点的检测,当前的材料仍不能完全满足需求。在我们的工作中,首次使用优化结构的硅-银纳米核壳材料(SiO_2@Ag)作为MALDI基质,实现了母乳中营养小分子和食品中掺假物的检测,同时对20个母乳样本中乳糖浓度进行了定量,并与作为金标准的酶方法结果进行了比对,发现基于SiO_2@Ag的MALDI MS方法,不仅因为样品预处理更简单,样品消耗量更少,耗时更短,在方法学上具有优势,还因为可以避免掉酶方法方法本身的缺陷,得到一个更精确的测量结果。然后我们设计了一系列新型的贵金属杂化材料,研究了贵金属合金材料与单一贵金属材料对小分子解吸电离效果的差异,并将其应用到血清、脑脊液、尿液中代谢分子的MALDI MS检测中,实现了一个很好的分析效果。最后,我们将贵金属杂化材料应用到核酸样品的检测中,发现当某些贵金属杂化材料被用作共基质时,会与有机基质产生协同作用,进而增强寡核苷酸样品的解吸电离。基于我们对贵金属杂化材料的制备和应用的研究,不仅拓宽了MALDI无机基质的使用,同时推动了贵金属杂化材料在营养学,代谢组学和临床诊断中的实际应用。
【图文】：

示意图,原理,示意图,质谱技术

1.1.1 激光解吸电离质谱技术简介自基质辅助激光解析电离（Matrix assisted laser desorption/ionization, MALDI）在上世纪八十年代被 Hillenkamp 和 Karas 提出[1],至今已近 30 年了。作为一种“软电离”方式，MALDI 能利用较少能量产生稳定的气态离子，多年来一直和电喷雾离子化（Electrospray ionization）作为难挥发性高分子量化合物的最重要的电离方式。而通过这项电离技术和飞行时间质谱（Time-of-flight mass spectrometry, TOFMS）的结合，使得曾经以小分子研究为主的传统质谱技术得到颠覆，成功地实现了如蛋白质[2]、寡核苷酸[3]、有机聚合物[4]等生物大分子的快速高效可靠的检测，一个全新的分析方法由此而诞生。相对于其他质谱技术，MALDI MS 操作更为简单，样品更易于制备，因而近年来被大量应用在病原体鉴定、生物标志物检测，基因分型，质谱成像等临床检测领域。质谱仪一般由三部分组成，分别是离子源、质量分析器和检测器。而MALDI-TOF MS 技术最核心的两个技术是 MALDI 的离子化技术和 TOF 离子分离技术。图 1-1 为 MALDI MS 的基本原理图。

示意图,实验流程,示意图,二氧化硅

图 2-1 实验流程示意图Fig.2-1 Schematic diagrams of experimental workflow2.2.2 材料的合成与表征材料的合成：我们制备二氧化硅-银（SiO2@Ag）核壳纳米材料通过包被银纳米颗粒在二氧化硅颗粒的表面的方法。具体步骤如下：1. 通过经典的 St ber 方法[96]合成表面光滑大小均一的二氧化硅纳米颗粒。2. 将 0.9 g 制备好的二氧化硅纳米颗粒通过超声的方式均匀分散在 45 mL 无水乙醇中，为银镜反应做准备。3. 将 5 mL 新鲜制备的浓度为 0.59M 的银氨溶液（[Ag(NH3)2]+ion solution）快速地加入到准备好的二氧化硅乙醇体系中，并超声 30 分钟。4. 将 150 mL 0.5 mM 的 PVP 乙醇溶液与上述纳米颗粒银氨溶液混合均匀，其中 PVP 乙醇溶液是作为银氨反应的稳定剂和还原剂。5. 混合好的悬浮液在 70 °C 的条件下搅拌 7 小时以将银纳米颗粒包被在二氧化硅表面。为了将足够多的银纳米颗粒包被在二氧化硅表面，同时保证所获得的 SiO2@Ag 核壳纳米颗粒的均一性，，银镜反应过程被重复三次以获得结构最优[81]
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.63;TG146.3

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